[发明专利]一种生物磁光声联合内窥成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对生物腔体组织进行磁光声联合内窥成像的方法，属于医学成像技术领域。

背景技术

生物光声(photoacoustic,PA)成像是以生物组织的光声效应为物理基础，即组织吸收短脉冲激光进而发热膨胀产生超声波(即光声信号)。感应式磁声(magnetoacoustic tomography with magnetic induction,MAT-MI)成像以生物组织的磁声效应为物理基础，即将目标体置于静磁场中，并在与静磁场的相同方向上施加磁脉冲激励，目标体中感应出的涡电流与静磁场作用产生洛伦兹力，带电粒子在洛伦兹力的作用下产生振动，从而发射出超声波，再经过超声探头接收后成像。单一的成像技术不能全面、详尽地描述生物组织的结构和功能信息，而超声(ultrasonic,US)、PA和MAT-MI成像都是以超声波为载体的声学成像技术，且具有互补的特点，可将它们结合起来，进行磁光声(magneto-photo-acoustic,MPA)联合成像。MPA成像综合了光声信号发射阶段超声检测较高的分辨率以及磁声信号检测时较高的分辨率和灵敏度，可对早期病变组织进行精准的定位和功能成分成像。

目前MPA联合成像都是体外成像，即将超声换能器置于生物体四周，在体外接收超声信号。相对于内窥成像，这种方式不能及时有效地对生物腔体组织(如消化道、肠道和血管等)进行观察和诊断。因此研究一种磁光声联合内窥(endoscopic magneto-photo-acoustic,EMPA)成像方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种生物磁光声联合内窥成像方法，以获取高分辨率和灵敏度的生物腔体组织图像，帮助医务人员及时有效地对生物腔体组织进行观察和诊断。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种生物磁光声联合内窥成像方法，所述方法在建立多层腔体组织横截面模型的基础上，对腔道内的超声回波成像、光声成像和感应式磁声成像的过程进行数值仿真，得到腔道横截面上组织反射的超声回波信号以及组织产生的光声和磁声信号，然后对三种超声信号进行最优加权求和，得到融合后的联合成像信号。

上述生物磁光声联合内窥成像方法，所述方法包括以下步骤：

a.建立多层腔体组织横截面模型

成像导管位于多层腔体组织横截面模型的中心，超声换能器位于成像导管顶端，模型所在的坐标系是θ-l极坐标系，其中坐标原点是成像导管顶端中心，θ是极角，l是极径，水平向右的方向为l轴正方向，忽略超声换能器的孔径效应，将超声换能器看作理想的点探测器，其扫描轨迹为平行于成像平面的圆形轨迹，以模型的中心为起始点，将模型等角度划分为N份，每一份近似为层与层之间平行的多层腔体组织，导管处的成像角度为

θ_i＝360(i-1)/N

其中i＝1,2,…,N，θ_i对应的成像区域的角度范围为[θ_ia,θ_ib]，其中θ_ia＝θ_i-180/N，θ_ib＝θ_i+180/N；

b.对成像组织反射的超声回波信号以及组织产生的光声信号和磁声信号进行数值仿真；

①超声回波信号：

从腔体中心沿径向发射超声脉冲，根据不同成分组织的声阻抗差异值以及超声探测器的冲激响应，仿真得到组织反射/散射的超声回波信号；

②光声信号：

从腔体中心对周围组织沿径向发射激光脉冲，组织由于光声效应产生光声信号，根据不同成分组织的光吸收系数和散射系数，结合蒙特卡罗模拟和光声波动方程，仿真得到组织产生的光声信号；

③磁声信号：

沿腔体的轴向施加静磁场和脉冲磁激励，组织由于磁声效应产生磁声信号，根据不同成分组织的电导率，结合磁声波动方程，仿真得到组织产生的磁声信号；

c.对超声回波信号、光声信号和磁声信号进行融合

对于成像组织中的角度θ_i(i＝1,2,…,N)、位置r处的超声回波信号光声信号和磁声信号采用下式进行融合：

其中为超声回波、光声和磁声信号的融合信号，即联合成像信号，W_1i、W_2i、W_3i分别为超声回波、光声和磁声信号的加权因子，且有W_1i+W_2i+W_3i＝1。